ZnO基微纳米结构的可控合成及其在敏化光伏电池中的应用

发布时间：2017-11-05 17:08

  本文关键词：ZnO基微纳米结构的可控合成及其在敏化光伏电池中的应用

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【摘要】：ZnO作为一种典型的宽禁带半导体氧化物,其制备方法简单,形貌结构可控;同时具有电子迁移率高、比表面积大,物理化学性质稳定等特点,在光伏电池、压敏和气敏原件、发光二极管以及激光器等领域有着较广泛的应用前景。本文致力于ZnO基微纳米复合材料的可控合成及其作为敏化光伏电池光阳极薄膜的性能研究。利用低温溶液法,分别合成了ZnO/g-C3N4复合纳米颗粒、具有定向链接结构的ZnO纳米棒、准单晶ZnO分级微球,详细研究了材料的生长机理,并基于所制备ZnO材料的结构特性,将其应用于敏化光伏电池光阳极材料。主要的研究内容如下:(1)利用超声辅助的表面自发单层分散法,制备了石墨烯相C3N4(g-C3N4)与ZnO纳米颗粒的复合材料。研究发现,g-C3N4的包覆拓宽了光阳极的可见光吸收区域;g-C3N4在ZnO光阳极和染料分子之间构成能带梯度,有效提高了光电子的注入效率;同时,g-C3N4减弱酸性染料分子对ZnO表面的腐蚀。将此材料作为染料敏化光伏电池的光阳极,显著提高了电池的光电压和光生电流密度,从而得到了4.5%光电转化效率,与基于纯ZnO器件(2.5%)相比效率提升~40%。(2)溶剂热法制备了定向链接ZnO纳米棒(OA-RODs)并研究反应物浓度对OA-RODs的尺寸、长径比、结晶程度的影响规律,讨论材料生长和调控的机理。研究发现,作为CdS/CdSe共敏化量子点光伏电池光阳极,OA-RODs不但具有高量子点负载量、光散射能力,同时可促进光生电子的产生、传输、减弱载流子复合几率,有效提高电池的光电流密度(13 mA·cm-2),获得了4.7%的光电转换效率。(3)利用金属有机框架结构MOF-5作为前驱体,经过溶剂热转化得到了准单晶ZnO分级微球。研究发现,ZnO纳米球(500 nm)是由ZnO初级结构单元定向链接构成。将该结构用于CdS/CdSe共敏化量子点光伏电池光阳极,其独特的准单晶结构减少了膜结构中晶界数量,有效提高了光生电子传输效率。同时,作为散射层增强了对入射光的反射,提高光吸收效率,使光生电流密度达到15.9 mA·cm-2,与开路电压达到640 eV,从而得到5.66%的光电转化效率与ZnO纳米颗粒膜相比提高~25%。
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ132.41;TB383.1

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本文编号：1145093